有256位整数类型吗？

Question

操作系统：Linux（Debian 10）

CC：GCC 8.3

CPU：i7-5775C

GCC中有unsigned __int128 / __int128，但是有什么办法在GCC中有uint256_t / int256_t？

我读过一个__m256i，它似乎来自英特尔。我可以包含任何标头来获取它吗？

它是否可以用作假设unsigned __int256？我的意思是，如果您可以为其分配/分配，比较它们，按位操作等。

其签名等效项（如果有）是什么？

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编辑1：

我做到了：

#include <immintrin.h>
typedef __m256i uint256_t;

并编译。如果可以进行一些操作，请在此处进行更新。

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编辑2：

发现问题：

uint256_t   m;
ptrdiff_t   l = 5;

m = ~((uint256_t)1 << l);

输出：

error: can’t convert a value of type ‘int’ to vector type ‘__vector(4) long long int’ which has different size
  m = ~((uint256_t)1 << l);

Answer 1

否，gcc或任何其他主流x86-64编译器不支持256位整数的直接/内置编译器支持。您需要一个使用随身携带（或模仿） ¹ 的库。

__m256i是AVX2 SIMD 4x uint64_t（或像8x uint32_t这样的较窄元素大小）。 这不是256位标量整数类型，您不能将其用于标量运算，__m256i var = 1甚至不会编译。 x86 SIMD 不支持宽度大于64位的整数，而Intel __m128i和__m256i之类的Intel固有类型仅用于SIMD。

GCC的__int128 / unsigned __int128通常使用标量add/adc和/或标量mul / imul，因为AVX2通常对扩展精度没有帮助。 （仅适用于元素边界无关的按位AND / OR / XOR之类的东西。）

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脚注1：不幸的是C不能提供加/减运算的进位，因此用C编写甚至都不方便。sum = a+b / carry = sum<a可以在没有进位时进行进位，但是用C语言编写一个完整的加法器要困难得多。而且编译器通常会制作废话汇编，而不仅仅是在可用的机器上使用本机随身携带指令。对于很大的整数（例如GMP），扩展精度库通常以asm编写。

Answer 2

我只在 Pollard Rho 算法中计算“f(x) = (x^2+a) mod n”时才需要“uint256_t”。函数“f”之外的所有变量都是内置类型 __uint128_t。

我为此目的简单地实现了 uint256_t：

typedef __uint128_t uint256_t[2];

然后我实现了计算“f()”所需的函数：

__uint128_t set_128(unsigned long h, unsigned long l);
void set_256(uint256_t d, __uint128_t l, __uint128_t h);
void add_128(uint256_t d, uint256_t x, __uint128_t a);
void add_256(uint256_t d, uint256_t x, uint256_t a);
void shl_256(uint256_t d, long s);
void sqr_128(uint256_t d, __uint128_t x);
several print functions and macros for printing 128bit and 256bit numbers
__uint128_t mod_256(uint256_t x, __uint128_t n);
__uint128_t f(__uint128_t x);

在这个要点中找到实现：
https://gist.github.com/Hermann-SW/a20af17ee6666467fe0b5c573dae701d

我确实针对 gmplib 函数对我的代码进行了基准测试，并在所有方面都实现了对 gmplib 的加速（经过大量工作），详情如下：
https://www.raspberrypi.org/forums/viewtopic.php?f=33&t=311893&p=1873552#p1873552

函数执行 100 万次的运行时间（以纳秒为单位）：